问题： 生物制造被视为推动化工与医药原料绿色转型的重要方向，但从实验室到规模化生产仍面临诸多挑战。许多高附加值化合物长期依赖化学合成或天然提取，存在能耗高、流程复杂、原料供应不稳定等问题。而微生物发酵路线虽更环保，却常因催化步骤多、酶与底物匹配困难、代谢调控复杂等问题——导致效率低、成本高——难以满足规模化生产需求。以角鲨烯为例，其在疫苗佐剂、医药和化妆品等领域需求旺盛，但传统生产方式受限于原料来源和供应链波动，亟需替代方案。 原因： 酶是生物制造的“核心部件”，直接影响反应的效率和选择性。但在实际生产中，单一酶往往难以解决问题：一个目标分子通常需要多步级联反应，多种酶需协同工作；简单叠加酶会导致空间分散、传递效率低等问题，降低整体转化率。更深层的原因是技术积累不足：从酶的筛选与改造到代谢通路设计，再到放大生产控制，每个环节都可能成为瓶颈。魏东芝团队以“酶工程”为核心，通过定制催化元件实现多酶高效协同；同时利用微生物细胞工厂进行改造，优化反应空间布局，提升反应效率。这种系统性攻关不仅解决了特定产品的工艺难题，还形成了可推广的技术能力。 影响： 团队研发的角鲨烯生物制造新工艺通过定制酶和酵母改造，实现了高纯度角鲨烯的发酵生产，摆脱了对动物来源的依赖。20吨发酵罐单次产能可替代大量传统提取量，为稳定供应提供了可能。角鲨烯只是团队20多年技术积累的一个应用案例。依托多酶级联催化、工业酶快速定制等核心技术，以及自主构建的酶库，该技术体系已应用于20多种医药和化工原料的生产，形成了平台化能力。这种平台化能力可快速响应市场需求，缩短研发周期，提升我国生物基原料的自主可控水平，为绿色转型提供技术支持。 对策： 为实现产业化落地，团队将生产问题纳入研发早期考量，强调从实验室到工业化生产的全流程可控。研究所内搭建的300升发酵系统对标工业标准，用于解决放大生产中的关键问题。生物制造不仅要实现合成目标，还需兼顾分离纯化和成本控制。例如在某些农药原料生产中，产物分离与工艺耦合直接影响成本和效率。这些问题表明，生物制造的竞争是系统工程而非单点突破。推动标准化工艺开发、加强与企业的合作验证、建立覆盖安全质量和成本的评价体系，是提升产业转化效率的关键。 前景： 随着医药、日化和农业等领域对高纯度可持续原料的需求增长，生物制造正从技术验证迈向规模化应用。多酶协同催化体系的优势在于其通用性：既能利用可再生生物质原料降低能耗和环境影响，又能通过快速定制能力适应新产品开发需求。未来随着技术完善和产业配套成熟，生物制造将在精细化学品、医药中间体等领域加速替代传统高能耗合成路线。同时，工艺安全性、质量一致性和规模化稳定性的标准体系建设将成为行业高质量发展的重要支撑。
魏东芝团队二十余年专注基础研究，实现了生物制造领域从跟跑到领跑的跨越。此案例表明核心技术突破需要长期积累和坚持创新。在建设现代化产业体系的进程中只有掌握关键核心技术才能在国际竞争中占据主动这项成果不仅表明了我国科研人员的创新能力也为全球可持续发展提供了中国方案